CN111356343A - 一种冷却液分配装置及液冷机柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子设备散热技术领域，公开了一种冷却液分配装置及液冷机柜，该冷却液分配装置包括分液部，分液部用于设置在液冷机柜的柜体底部，其中：分液部的表面沿柜体内电子设备的排列方向设有多个分液孔；分液部内设有进液口，进液口用于与液冷机柜的进液管连通；分液部内沿远离进液口的方向分层设有多级流道，每一级流道包括至少一个支路，且多级流道所含的支路数量逐级增多，冷却液依次通过每一级流道后由多个分液孔流出。上述实施例中，冷却液通过多级分流后形成流量接近的多股流体，并由分液孔进入电子设备内，从而有效减小了最终进入每台电子设备内的流量差异，使每台电子设备的散热效果接近，进而减小了冷却液的设计裕量。

Description

一种冷却液分配装置及液冷机柜

技术领域

本发明涉及电子设备散热技术领域，尤其涉及一种冷却液分配装置及液冷机柜。

背景技术

随着技术的发展，电子设备的功耗越来越大，单纯的风冷很多时候已经无法满足散热需求。液冷技术应运而生，且不断发展，在未来液冷的市场也将继续扩大，其中，浸没式液冷则由于其高效节能、低建设成本等优势，更是成为液冷中的新宠。

在多电子设备的液冷机柜中，电子设备并排设置于柜体内，外部低温的冷却液由进液口进入柜体内，在柜体内，冷却液流入每个电子设备内，穿过电子设备内部并带走发热元件产生的热量，吸收热量后的冷却液温度升高，并由出液口流出，这部分冷却液在换热装置中放热后温度降低，低温冷却液再次由进液口进入柜体，完成一个循环。冷却液通常为氟化液、硅油、合成油等具有良好的绝缘性能的液体，粘度和密度较高，在机柜中流动时会产生较大的阻力，这样，离进液口越远，则进入电子设备的冷却液越少，使得位于同一机柜不同位置的电子设备之间的冷却液流量存在较大差异，进而导致每台电子设备的散热量也会存在较大差异；同时，为了保证良好的散热效果，最小流量的电子设备同样需要充分的散热，故而往往会按照最大流量需求来估计进入系统的总冷却液的体积，因而被迫设计较大的设计裕量，也造成了部分资源的浪费。

目前，对于浸没式液冷流体的均布性研究，主要集中在机柜结构改进和控制方面，在机柜上通过结构改进来改善流量均匀性不仅繁琐而且效果一般，从控制方面着手，也有着控制难度非常大、成本高等问题。

发明内容

本发明提供一种冷却液分配装置及液冷机柜，用以提高冷却液分配的均匀性，从而降低每台电子设备的散热差异，减少冷却液用量；并且，不改变原有机柜的尺寸和结构，具有结构简单，使用方便的特点。

本发明实施例提供了一种冷却液分配装置，包括分液部，所述分液部用于设置在液冷机柜的柜体底部，其中：

所述分液部的表面沿所述柜体内电子设备的排列方向设有多个分液孔；

所述分液部内设有进液口，所述进液口用于与所述液冷机柜的进液管连通；所述分液部内沿远离所述进液口的方向分层设有多级流道，每一级流道包括至少一个支路，且所述多级流道所含的支路数量逐级增多，冷却液依次通过每一级流道后由所述多个分液孔流出。

上述实施例中，以远离进液口的方向为参考，分液孔位于多级流道的后方，冷却液进入分液部后，首先通过多级流道的分流以形成流量接近的多股流体，然后由分液孔流出并进入电子设备内，由于每个分液孔的流量趋于一致，从而有效缩小了不同电子设备内所流过的冷却液的流量差异，使每台电子设备的散热效果接近，在保证充分散热的前提下，柜体内所需的冷却液的用量大大减少，进而减小了冷却液的设计裕量。

可选的，所述分液部还用于填满所述机柜底部的空间。由于分液部占据了柜体底部的一部分空间，从而减少了填满柜体所需的冷却液用量。

可选的，当离所述进液口最近的一级流道中包括多个支路时，所述进液口的数量为多个，所述多个进液口沿所述多个支路的排列方向均匀分布，且每个进液口与一个进液管连通。

这样设置减小了冷却液在第一级流道中的各个支路之间的流量差异，进而减小了后续各级流道中的各个支路之间的流量差异。

进一步的，在一种具体的实施方式中，沿远离所述进液口的方向，后一级流道依次比前一级流道多一个支路；

前一级流道中的支路与后一级流道中的支路相错设置，且前一级流道中的每个支路与后一级流道中与之相邻的两个支路连通。

在另一种具体的实施方式中，沿远离所述进液口的方向，后一级流道中的支路个数为前一级流道中的支路个数的两倍；

前一级流道中的每个支路与后一级流道中与之相邻的两个支路连通。

具体设置时，多级流道采用第一种实施方式中的原理进行设计，在结构上，所述分液部包括隔板以及设置在所述隔板与所述柜体底面之间的多个导流柱，其中：

所述多个分液孔设于所述隔板上，且为贯穿所述隔板的厚度的通孔；沿远离所述进液口的方向，所述多个分液孔位于所述多个导流柱的后方；

所述多个导流柱靠近所述进液口设置，且沿远离所述进液口的方向排列成多排；多排导流柱相错设置，且针对每一排导流柱，相邻两个导流柱之间的间隙形成一条支路。

可选的，所述分液部还包括设置在所述隔板与所述机柜底面之间的填料块，其中：

沿远离所述进液口的方向，所述填料块位于所述多排导流柱的后方，且所述填料块朝向所述多排导流柱的一侧设有多个间隔排列的指形突起；

所述多个分液孔包括位于所述多排导流柱与所述填料块之间的第一组分液孔以及位于相邻的两个指形突起之间的第二组分液孔。

可选的，位于两侧的指形突起为位于中间的指形突起沿长度方向的对称分割。

可选的，位于中间的每个指形突起包括条形的主体部分以及设置在所述主体部分端部的三棱柱体部分。

可选的，所述第一组分液孔与最后一排导流柱相错设置。

本发明实施例还提供了一种液冷机柜，包括柜体、位于所述柜体底部的上述任一项所述的冷却液分配装置、进液管以及出液管，其中：

所述进液管与所述分液部连通；

所述出液管与所述柜体连通。

上述实施例中，无需改变机柜的尺寸和结构，只需将冷却液分配装置固定到机柜的底部，并连通进液管与分液部的进液口即可，具有结构简单、使用方便的特点。

可选的，所述进液管沿竖直方向设置。这样设置一方面可以减小柜体整体的体积，另一方面，冷却液在由进液管流入分液部内时将在转折处消耗部分动能，使得流速减慢，有利于冷却液在各个支路之间的平均分配。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种液冷机柜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种多级流道的分流示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种多级流道的分流示意图；

图4为图1中所示出的分液部的结构示意图；

图5为图4中所示出的分液部内冷却液的流动示意图；

图6为图1中所示出的液冷机柜内冷却液的流动示意图。

附图标记：

10-柜体

20-分液部

201-分液孔202-支路

21-隔板22-导流柱

23-填料块24-指形突起

30-电子设备

40-进液管

50-出液管

60-溢流槽

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种冷却液分配装置，采用多级流道、逐级分流的原理进行设计，使进入每个电子设备的冷却液的流量趋于一致。

具体的，该冷却液分配装置包括分液部，分液部用于设置在液冷机柜的柜体底部，其中：

分液部的表面沿柜体内电子设备的排列方向设有多个分液孔；

分液部内设有进液口，进液口用于与液冷机柜的进液管连通；分液部内沿远离进液口的方向分层设有多级流道，每一级流道包括至少一个支路，且多级流道所含的支路数量逐级增多，冷却液依次通过每一级流道后由多个分液孔流出。

上述实施例中，采用多级流道、逐级分流的原理，将原来一次集中供应的冷却液分配到多个支路中，每个支路再将冷却液分配到与之连通的下一级支路中，逐级进行分流，经过多级分流后，从最后一级流道中的每一支路流出的冷却液的流量趋于一致，从而使冷却液在各个分液孔之间的分配更加均匀，进而有效缩小了最终进入每台电子设备内的流量差异，使每台电子设备的散热效果接近，进而减小了冷却液的设计裕量；并且，在具体应用时，无需改变机柜的尺寸和结构，只需将上述冷却液分配装置固定到机柜的底部，并连通进液管与分液部的进液口即可，具有结构简单、使用方便的特点。

为了更加清楚的了解本发明实施例提供的冷却液分配装置的结构以及原理，现结合附图进行详细的描述。

一并参考图1、图4、图5，液冷机柜内设有冷却液分配装置，该冷却液分配装置包括分液部20，分液部20用于设置在液冷机柜的柜体10底部，其中，分液部20的表面沿柜体10内电子设备30的排列方向设有多个分液孔201，这些分液孔201可以排列成一排，也可以排列成多排；分液部20内设有进液口，进液口用于与液冷机柜的进液管40连通；分液部20内沿远离进液口的方向分层设有多级流道，每一级流道包括至少一个支路202，且多级流道所含的支路202数量逐级增多，冷却液依次通过每一级流道后由多个分液孔201流出。沿远离进液口的方向，可以将上述多级流道分别记为第一级流道、第二级流道……第N级流道，位于同一级流道的各个支路202均经过了同等次数的分流；进液管40将冷却液输送到分液部20后，冷却液首先被分配到离进液口最近的第一级流道的各个支路202中，每个支路202再将冷却液分配到下一级流道中与之连通的多个支路202，以此类推，经过多次分流后形成流量接近的多股流体；分液口位于多级流道的后方，冷却液经过多级流道的分流后朝向分液孔201流出，并进入各个电子设备30内，由于每个分液孔201的流量趋于一致，从而有效缩小了最终进入每台电子设备30的流量差异，进而使每台电子设备30的散热效果接近。

为了提高各级流道中冷却液分配的均匀性，当离进液口最近的第一级流道中包括多个支路202时，可以设置多个进液口，并使这些进液口沿支路202的排列方向均匀分布，每个进液口与一个进液管40连通，这样设置减小了冷却液在第一级流道中的各个支路202之间的流量差异，进而减小了冷却液在后续各级流道中的各个支路202之间的流量差异。

再者，每次进行分流时，可以采用一分为二的形式进行均分，即，前一级流道中的每个支路202都与后一级流道中的两个支路202连通，若将前一级流道中的每个支路202记为主支路202，后一级流道中的这两个支路202记为侧支路202，则两个侧支路202对称分布在主支路202的两侧。多级流道可以采用图2所示的原理进行设计，具体为：沿冷却液的流动方向，后一级流道依次比前一级流道多一个支路202；前一级流道中的支路202与后一级流道中的支路202相错设置，且前一级流道中的每个支路202与后一级流道中与之相邻的两个支路202连通。或者，多级流道也可以采用图3所示的原理进行设计，具体为：沿冷却液的流动方向，后一级流道中的支路202个数为前一级流道中的支路202个数的两倍，且前一级流道中的每个支路202与后一级流道中与之相邻的两个支路202连通。图2、图3仅作为一种原理性示意图，多级流道的结构包括采用上述原理的任一种形式。

具体设置时，多级流道采用图2所示的原理进行设计，在结构上，如图4所示，分液部20包括隔板21以及设置在隔板21与柜体10底面之间的多个导流柱22，其中，分液孔201设于隔板21上，并贯穿隔板21的厚度，且沿远离进液口的方向，分液孔201位于导流柱22的后方；导流柱22设置在靠近进液口的一侧，且沿远离进液口的方向排列成多排；多排导流柱22相错设置，并且，针对每一排导流柱22，相邻两个导流柱22之间的间隙形成一条支路202。由流体力学可知，因冷却液的粘度较大且进入到机柜底部时流速较小，进而雷诺数也较小，故而冷却液在导流柱22间的流动可以认为是小雷诺数的层流流动，当雷诺数小的粘性流体绕过导流柱22流动时，速度分布呈现出关于导流柱22轴线的均匀分布，即粘性流体绕过导流柱22后形成两股均匀的支流流动。这样，冷却液由进液口流出后，首先在第一排导流柱22之间进行第一次分流，冷却液继续流动并在与第一排导流柱22相错设置的第二排导流柱22之间再次进行分流，依次进行多次分流，由于导流柱22的数量逐排增多，所形成的间隙也逐排增多，经过多次分流后，原本集中供应的冷却液被分配成流量接近的多股流体从最后一排导流柱22的间隙流出，大大提高了冷却液的均布性。

分液部20除了分配冷却液外，还可以用于填满柜体10底部的空间，这样，由于分液部20占据了柜体10底部的一部分空间，从而减少了填满柜体10所需的冷却液用量。具体的，通过隔板21将机柜分为上下隔离的两个空间，这两个空间通过分液孔201实现连通，电子设备30位于上层空间内，导流柱22位于下层空间内，导流柱22可以通过螺钉等紧固件固定在隔板21上，也可以通过胶水粘接固定在隔板21上，导流柱22在隔板21上形成相错设置的多排，且每一排导流柱22的设置方向与电子设备30的排列方向一致，整个分液部20的结构简单，且经济实用。

继续参考图4，该分液部20还包括设置在隔板21与机柜底面之间的填料块23，且沿远离进液口的方向，填料块23位于多排导流柱22的后方，填料块23填充了后方一部分不需要冷却液流动的区域，从而减少了填满机柜所需的冷却液用量；填料块23朝向多排导流柱22的一侧设有多个间隔排列的指形突起24，相邻的两个指形突起24之间形成一个导流通路，分液孔201包括位于多排导流柱22与填料块23之间的第一组分液孔201以及位于相邻的两个指形突起24之间的第二组分液孔201。一并参考图4、图5，第一组分液孔201靠近导流柱22，经导流柱22分流后，一部分冷却液通过第一组分液孔201进入上层空间内，另一部分冷却液向后流动，经指形突起24分流后通过第二组分液孔201进入上层空间内；其中，第一组分液孔201排列成一排，第二组分液孔201排列成一排，且每相邻的两个指形突起24之间设有一个分液孔201。

指形突起24一方面进一步填充了柜体10底部的空间，减小了冷却液的用量，另一方面，指形突起24也为第二组分液孔201起到了分流的作用。具体设置时，如图4所示，指形突起24等间距排列，且位于中间的每个指形突起24的尺寸相同，位于两侧的指形突起24恰好是中间的指形突起24沿长度方向的对称分割。进一步的，位于中间的每个指形突起24包括条形的主体部分以及设置在主体部分端部的三棱柱体部分，即每个指形突起24的端面为对称设置的两个斜面，这样可以对冷却液起到一定的导流作用，并减小流动阻力。除上述结构外，指形突起24的端面也可以设置为对称的弧面等形状。

上述冷却液分配装置在提高冷却液分配均匀性的同时，还可大大减小柜体10内冷却液的体积，为整个液冷系统减小成本，提高市场竞争力。并且，上述冷却液分配装置可根据不同机柜的尺寸或电子设备30的数量进行相应的设计和定制。

本发明实施例还提供了一种液冷机柜，如图1所示，包括柜体10、位于柜体10底部的上述任一项所述的冷却液分配装置、进液管40以及出液管50，其中，进液管40与分液部20连通，出液管50与柜体10连通。冷却液经逐级分流后形成流量接近的多股流体，并通过分液孔201进入电子设备30中，由于不同分液孔201流出的冷却液流量趋于一致，从而有效减小了最终进入到每台电子设备30内的流量差异，缩小了每台电子设备30的散热差异，进而减小了冷却液的设计裕量。

在具体应用时，无需改变柜体10的尺寸和结构，只需将上述冷却液分配装置固定到柜体10的底部，并连通进液管40与分液部20内的进液口即可，具有结构简单、使用方便的特点。优选的，进液管40可以沿竖直方向设置，这样，一方面可以减小柜体10整体的体积，另一方面，冷却液在由进液管40流入主流道时将在转折处消耗部分动能，使得流速减慢，有利于冷却液在各个支路202之间的平均分配。

如图1所示，以某数据中心液冷机柜为例，如14台1U刀片式服务器机柜，柜体10的正面沿竖直方向设有两个进液管40，这两个进液管40分别与进液总管连通，冷却液分配装置位于柜体10的底部，包括分液部20，如图4、图5所示，该分液部20包括隔板21，隔板21将机柜分为上下隔离的两个空间，服务器位于上层空间内，隔板21上设有2排分液孔201，每排包括14个分液孔201，每排分液孔201的设置方向与服务器的排布方向一致；还包括设置在隔板21与机柜底面之间的导流柱22，这些导流柱22沿远离进液口的方向排列成两排，且相错设置，每一排导流柱22的排列方向与电子设备30的排列方向一致，其中，第一排导流柱22数量为12个，这12个导流柱22沿Z方向的中心线与隔板21上第一排分液孔201中位于中间的12个分液孔201沿Z方向的中心线对齐；第二排导流柱22的数量为13个，这13个导流柱22与第一排分液孔201相错设置。

另外，该分液部20还包括设置在隔板21与机柜底面之间的填料块23，填料块23位于2排导流柱22的后方，填料块23朝向导流柱22的一侧设有多个间隔排列的指形突起24，这些指形突起24等间距排列，且中间的每个指形突起24的尺寸一致，两侧的指形突起24刚好是中间的指形突起24沿长度方向的对称分割，第二排分液孔201位于相邻的两个指形突起24之间。

如图5、图6所示，两个进液管40同时供液，冷却液由进液口流出后，首先在第一排导流柱22之间进行分流并形成多股流体，冷却液由进液口流出后，首先在第一排导流柱22之间进行第一次分流，冷却液继续流动并在与第一排导流柱22相错设置的第二排导流柱22之间再次进行分流，从而使集中供应的冷却液形成流量接近的多股流体，冷却液的均布性大大提高；冷却液继续流动，其中，一部分冷却液通过第一排分液孔201进入上层空间，另一部分冷却液向后流动，经指形突起24的分流后通过第二排分液孔201进入上层空间，在上层空间内，冷却液与电子设备30进行换热后进入溢流槽60，最后通过出液管50流出。

通过以上描述可以看出，本发明实施例提供的冷却液分配装置中，冷却液通过多级分流后形成流量接近的多股流体，并由分液孔进入电子设备内，由于每个分液孔的流量趋于一致，从而有效减小了最终进入每台电子设备内的流量差异，使每台电子设备的散热效果接近，进而减小了冷却液的设计裕量；在具体应用时，无需改变机柜的尺寸和结构，只需将上述冷却液分配装置固定到柜体的底部，并连通进液管与分液部的进液口即可，具有结构简单、使用方便的特点。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种冷却液分配装置，其特征在于，包括分液部，所述分液部用于设置在液冷机柜的柜体底部，其中：

所述分液部的表面沿所述柜体内电子设备的排列方向设有多个分液孔；

所述分液部内设有进液口，所述进液口用于与所述液冷机柜的进液管连通；所述分液部内沿远离所述进液口的方向分层设有多级流道，每一级流道包括至少一个支路，且所述多级流道所含的支路数量逐级增多，冷却液依次通过每一级流道后由所述多个分液孔流出。

2.如权利要求1所述的冷却液分配装置，其特征在于，所述分液部还用于填满所述机柜底部的空间。

3.如权利要求1所述的冷却液分配装置，其特征在于，当离所述进液口最近的一级流道中包括多个支路时，所述进液口的数量为多个，所述多个进液口沿所述多个支路的排列方向均匀分布，且每个进液口与一个进液管连通。

4.如权利要求3所述的冷却液分配装置，其特征在于，沿远离所述进液口的方向，后一级流道依次比前一级流道多一个支路；

前一级流道中的支路与后一级流道中的支路相错设置，且前一级流道中的每个支路与后一级流道中与之相邻的两个支路连通。

5.如权利要求3所述的冷却液分配装置，其特征在于，沿远离所述进液口的方向，后一级流道中的支路个数为前一级流道中的支路个数的两倍；

前一级流道中的每个支路与后一级流道中与之相邻的两个支路连通。

6.如权利要求4所述的冷却液分配装置，其特征在于，所述分液部包括隔板以及设置在所述隔板与所述柜体底面之间的多个导流柱，其中：

所述多个分液孔设于所述隔板上，且为贯穿所述隔板的厚度的通孔；沿远离所述进液口的方向，所述多个分液孔位于所述多个导流柱的后方；

所述多个导流柱靠近所述进液口设置，且沿远离所述进液口的方向排列成多排；多排导流柱相错设置，且针对每一排导流柱，相邻两个导流柱之间的间隙形成一条支路。

7.如权利要求6所述的冷却液分配装置，其特征在于，所述分液部还包括设置在所述隔板与所述机柜底面之间的填料块，其中：

沿远离所述进液口的方向，所述填料块位于所述多排导流柱的后方，且所述填料块朝向所述多排导流柱的一侧设有多个间隔排列的指形突起；

所述多个分液孔包括位于所述多排导流柱与所述填料块之间的第一组分液孔以及位于相邻的两个指形突起之间的第二组分液孔。

8.如权利要求7所述的冷却液分配装置，其特征在于，位于两侧的指形突起为位于中间的指形突起沿长度方向的对称分割。

9.如权利要求8所述的冷却液分配装置，其特征在于，位于中间的每个指形突起包括条形的主体部分以及设置在所述主体部分端部的三棱柱体部分。

10.如权利要求7所述的冷却液分配装置，其特征在于，所述第一组分液孔与最后一排导流柱相错设置。

11.一种液冷机柜，其特征在于，包括柜体、位于所述柜体底部的如权利要求1～10任一项所述的冷却液分配装置、进液管以及出液管，其中:

所述进液管与所述分液部连通；

所述出液管与所述柜体连通。

12.如权利要求11所述的液冷机柜，其特征在于，所述进液管沿竖直方向设置。

Images